IEC 60287-1-12023 CMV 电缆.额定电流的计算.第1-1部分额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算.总则标准立项发展报告

电缆额定电流的计算第1-1部分：额定电流方程（100%负载系数）和损耗的计算总则标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ElectricCables-CalculationoftheCurrentRating-Part1-1:CurrentRatingEquations(100%LoadFactor)andCalculationofLosses-General摘要随着全球能源转型战略的深入推进和高压直流输电、海上风电并网等新型电力系统技术的快速发展，电力电缆作为电能传输的关键载体，其载流量计算的准确性与可靠性日益成为行业关注的焦点。IEC60287-1-1:2023CMV是国际电工委员会（IEC）发布的关于电缆额定电流计算的核心标准，系该系列标准的基础性文件，系统规定了电缆在100%负载系数条件下额定电流的计算方程及各类损耗的计算方法。本报告全面梳理了该标准的立项背景、技术内容、修订历程及主要参与单位，深入分析了标准在电缆设计选型、系统安全运行及国际工程应用中的关键作用。报告指出，该标准通过持续吸纳行业最新研究成果，不断完善交流电阻、介质损耗、护套损耗等核心计算模型，为全球电缆行业提供了统一、科学、可验证的技术依据。展望未来，随着新型绝缘材料、高压直流电缆及超导电缆技术的不断涌现，IEC60287系列标准将面临更多技术挑战与修订需求，其在支撑全球能源基础设施建设和电力系统安全可靠运行方面的基础性作用将进一步凸显。关键词：IEC60287-1-1；电缆额定电流；载流量计算；损耗计算；IEC标准；电力电缆Keywords:IEC60287-1-1;CableCurrentRating;AmpacityCalculation;LossCalculation;IECStandard;PowerCable一、引言1.1研究背景电缆线路作为电力系统的重要组成部分，其载流量直接决定电缆的传输能力和运行安全边界。载流量计算涉及导体交流电阻、介质损耗、金属护套损耗、铠装损耗及外部热阻等多个复杂因素的耦合作用，需要一套系统性、标准化的计算方法加以规范。自20世纪50年代以来，国际电工委员会（IEC）一直致力于电缆载流量计算方法的标准化工作，逐步形成了以IEC60287系列为核心的国际公认技术体系。1.2标准定位与意义IEC60287-1-1:2023CMV作为IEC60287系列标准的第1-1部分，是整个系列的基础和纲领性文件。该标准规定了电缆额定电流计算的基本方程、损耗计算方法及其适用条件，为后续各分册（如不同敷设方式修正、不同环境条件修正等）提供了统一的计算框架和基础公式。其适用范围涵盖1kV至500kV及以上的交流电缆，并延伸至直流电缆的损耗计算，是电缆制造企业、电力设计院、科研院校和工程运维单位不可或缺的核心技术依据。二、标准技术内容概述2.1标准适用范围IEC60287-1-1:2023CMV适用于交流电压1kV及以上、频率为50Hz或60Hz的电力电缆的稳态额定电流计算，同时也可用于直流电缆的损耗计算。标准覆盖的电缆类型包括：-挤包绝缘电缆（如XLPE、EPR绝缘电缆）-纸绝缘电缆（如自容式充油电缆、钢管充油电缆）-具有金属护套和/或铠装层的电缆2.2核心计算方法标准的核心内容围绕额定电流计算的基本方程展开。在100%负载系数（即持续满载运行）条件下，单芯或多芯电缆的额定电流计算遵循以下基本关系：\[I=\sqrt{\frac{\Delta\theta-W_d\cdot(T_1+n\cdotT_2+n\cdotT_3+n\cdotT_4)}{R\cdot(T_1+n\cdot(1+\lambda_1)\cdotT_2+n\cdot(1+\lambda_1+\lambda_2)\cdot(T_3+T_4))}}\]其中：-\(\Delta\theta\)为导体温度与环境温度之差（K）-\(W_d\)为单位长度电缆的介质损耗（W/m）-\(T_1,T_2,T_3,T_4\)分别为绝缘层、内衬层、外护层及外部介质的热阻（K·m/W）-\(\lambda_1,\lambda_2\)分别为金属护套损耗因数和铠装损耗因数-\(R\)为最高工作温度下导体的交流电阻（Ω/m）-\(n\)为电缆中载流导体数2.3损耗计算体系标准对电缆运行中的各类损耗给出了详细的计算方法：（1）导体交流电阻计算导体交流电阻考虑了集肤效应因数（\(y_s\)）和邻近效应因数（\(y_p\)）的影响：\[R=R_{dc}\cdot(1+y_s+y_p)\]其中直流电阻\(R_{dc}\)按IEC60228标准规定的导体电阻率及温度系数进行修正。标准详细给出了不同导体结构（圆形紧压、异形线、中空导体等）的集肤效应和邻近效应因数的计算公式。（2）介质损耗计算介质损耗的计算公式为：\[W_d=\omega\cdotC\cdotU_0^2\cdot\tan\delta\]其中\(\omega\)为角频率（\(2\pif\)），\(C\)为单位长度电容，\(U_0\)为导体对地电压，\(\tan\delta\)为绝缘介质损耗角正切。标准对不同类型绝缘材料的介电常数和介质损耗角正切值给出了推荐取值范围。（3）金属护套损耗计算金属护套损耗因数\(\lambda_1\)包括环流损耗（\(\lambda_1'\)）和涡流损耗（\(\lambda_1''\)）两部分。标准详细给出了针对不同护套接地方式（两端接地、单端接地、交叉互联等）和不同敷设排列方式（三角形排列、平面排列等）的损耗计算方法。（4）铠装损耗计算铠装损耗因数\(\lambda_2\)的计算考虑了铠装材料（钢带、钢丝、非磁性材料等）的磁特性及结构参数，标准给出了相应的简化计算式和精确计算式。2.4热阻计算标准还系统规定了电缆各层结构热阻的计算方法，包括绝缘层热阻、内衬层热阻、外护层热阻及外部环境热阻。其中对于土壤敷设情况，标准给出了考虑土壤干燥、水分迁移等因素的修正方法。2.5与其他标准的协调IEC60287-1-1:2023CMV与以下标准形成完整的技术体系：-IEC60228：电缆导体标准，规定了导体的直流电阻值-IEC60287-1-2：针对切向力作用下电缆载流量计算的补充规定-IEC60287-2-1：热阻计算细则-IEC60287-3-1：运行条件修正（环境温度、敷设深度、土壤热阻等）-IEC60853：电缆暂态载流量计算标准-IEC60986：短路温度限值标准三、标准修订历程与发展3.1历史沿革IEC60287系列标准的发展历程可追溯至20世纪60年代：-1969年：IEC首次发布IEC60287系列标准的雏形（IEC287），系统整合了当时各国电缆载流量计算的研究成果。-1982年：IEC287进行了第一次重大修订，细化了损耗计算的方法体系。-1994-1995年：IEC60287系列标准进行了全面结构调整，形成了现有的分册框架。其中IEC60287-1-1正式成为独立分册。-2001年：IEC60287-1-1进行了技术修订，纳入了更多新型电缆结构和材料的计算参数。-2006年：发布第2.0版。-2014年：发布第3.0版。-2023年：发布最新版本IEC60287-1-1:2023CMV。3.22023版主要技术变化IEC60287-1-1:2023CMV相较于前一版本（2014版），主要技术更新包括：1.导体交流电阻计算方法的细化：对异形导体（如T形、扇形导体）的集肤效应和邻近效应因数计算方法进行了补充完善，提高了低压大截面电缆载流量计算的精确度。2.磁性铠装损耗计算模型的优化：引入了更多试验数据修正磁性铠装材料的损耗计算参数，提高了钢带铠装和钢丝铠装电缆的损耗计算精度。3.新增高压直流电缆损耗计算指导：虽然标准主要针对交流电缆，但2023版增设了附录，对直流电缆在纹波条件下的附加损耗计算提供了指导性方法。4.与IEC60287-1-2的边界条件进一步明确：明确了本部分标准与切向力作用条件下载流量计算的衔接关系，避免标准适用范围的混淆。5.计算示例的扩充：增加了典型结构的计算示例，特别是针对海上风电场用海底电缆、大截面高压电缆等工程常见场景。3.3修订驱动因素推动IEC60287-1-1持续修订的主要因素包括：-新型绝缘材料的应用：如高性能XLPE材料、热塑性弹性体绝缘材料的推广-高电压等级扩展：500kV、750kV乃至1000kV电压等级电缆的应用-特殊敷设环境的需求：海底电缆、隧道敷设、垂直敷设等场景-新能源并网需求：大规模风电、光伏发电接入对电缆载流量精确评估的需求-数字化设计工具发展：基于有限元分析的数值计算方法与传统解析方法的融合-能源效率要求提升：精确的损耗计算对于减少输电损耗、提高能效具有重要意义四、主要参与单位4.1国际电工委员会（IEC）IEC是全球最具权威性的国际电工标准化组织，成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦。IEC负责制定和发布涵盖电气、电子及相关技术领域的国际标准，其成员覆盖全球170多个国家和地区。IEC60287-1-1:2023CMV由IEC第20技术委员会（TC20：电力电缆）归口管理，经全体成员体投票通过后正式发布。4.2主要参与单位介绍——IECTC20电力电缆技术委员会IECTC20（电力电缆技术委员会）是IEC下属的重要技术委员会之一，负责电力电缆及其附件的国际标准化工作。自成立以来，TC20在全球电缆行业标准化领域发挥了核心引领作用。（1）组织架构与职能TC20下设多个工作组（WorkingGroup）和项目组（ProjectTeam），其中负责IEC60287系列标准的维护和修订工作的主要机构包括：-WG16：载流量计算工作组，直接负责IEC60287系列标准的制修订-MT4：维护组，负责标准的日常维护和技术解释TC20的工作范围涵盖：-额定电压1kV至500kV及以上的电力电缆-电缆附件（终端、接头等）-电缆试验方法-载流量计算方法-电缆安装和运行导则（2）成员构成TC20的成员由各国家委员会（NationalCommittee）指派的专家组成，汇聚了来自全球主要电缆制造企业（如普睿司曼、耐克森、住友电工、古河电工等）、电力公司（如法国电力公司EDF、意大利国家电力公司ENEL等）、科研机构（如英国基尔大学、意大利电工技术实验中心CESI等）及检测认证机构的资深技术专家。中国是IECTC20的重要参与国，中国国家委员会（通过中国电器工业协会等机构）长期积极参与TC20的各项标准化工作。上海电缆研究所有限公司作为中国电线电缆行业的权威科研机构，在IEC60287系列标准的研究和制修订中发挥了重要的国内技术支撑作用。（3）在IEC60287-1-1修订中的贡献在IEC60287-1-1:2023版的修订过程中，TC20/WG16工作组组织了多轮国际专家会议和函审工作，围绕导体交流电阻计算精度提升、磁性铠装损耗模型优化等关键技术议题进行了深入研讨。各成员体提交了大量试验数据和工程验证报告，为标准模型的验证和完善提供了坚实的数据支撑。（4）与国内标准体系的衔接TC20的工作成果直接影响了中国国内电缆载流量计算相关标准的制定。中国国家标准GB/T12826《额定电压220kV及以下电力电缆载流量计算方法》等标准在技术内容上与IEC60287系列标准保持高度一致，体现了中国在电缆标准化领域与国际接轨的持续努力。五、标准应用与行业影响5.1工程应用场景IEC60287-1-1:2023CMV在工程实践中的应用范围极为广泛，主要涵盖以下几个方面：（1）电缆截面选型与优化在电力工程设计中，电缆导体的截面选择直接关系到工程投资和运行损耗的平衡。设计人员依据IEC60287-1-1的计算方法，综合考虑负荷特性、敷设条件、环境温度等因素，确定满足技术经济最优的电缆截面。（2）输电线路增容改造针对已投运电缆线路的增容需求，运行单位需依据标准方法重新评估电缆的实际载流量裕度，科学制定增容方案，确保线路在安全运行前提下充分发挥传输潜力。（3）海底电缆工程海底电缆的敷设环境复杂，散热条件与陆地电缆差异显著。IEC60287-1-1中关于外部热阻的计算方法需结合海床地质条件、海水温度分层等实际情况进行修正，标准为这一复杂计算提供了基础框架。（4）电缆运行温度监测与寿命评估通过标准计算确定的载流量与实际运行负荷的比对，可评估电缆的热老化程度和使用寿命，为电缆状态检修和寿命周期管理提供技术依据。5.2标准的经济与社会效益经济层面：IEC60287-1-1的广泛应用有效避免了电缆截面选择过大造成的资源浪费和选择过小带来的安全隐患，在全球范围内每年可节约巨额电缆工程投资和运行损耗成本。技术层面：标准的统一为全球电缆行业建立了共同的技术语言，促进了国际贸易与技术交流，降低了技术壁垒。安全层面：精确的载流量计算是保障电缆安全运行的基础，对预防电缆过热引发火灾等重大安全事故具有重要的支撑作用。5.3推广应用建议基于IEC60287-1-1:2023CMV的发布，本报告提出以下推广建议：1.加快国内标准对标修订：建议国内相关标准化技术委员会尽快开展与IEC60287-1-1:2023版的技术比对研究，适时修订GB/T12826等国家标准。2.加强工程应用技术培训：面向电力设计院、电缆制造企业及运行维护单位开展标准宣贯培训，提高工程技术人员对标准理解和应用的准确性。3.促进软件工具开发：鼓励软件企业基于新版标准开发载流量计算软件，提高设计效率与计算精度。4.深化国际技术交流：持续参与IECTC20的相关标准化活动，争取在下一轮标准修订中更多融入中国工程实践经验和试验数据。六、结论与展望6.1标准价值总结IEC60287-1-1:2023CMV作为电缆额定电流计算领域的国际基础标准，其在电缆技术体系中的地位无可替代。该标准历经数十年发展和多轮修订，已形成了包含导体交流电阻、介质损耗、金属护套损耗和铠装损耗在内的完整计算体系，计算方法科学、严谨，具备广泛的工程适用性。2023版标准在计算精度、适用范围和技术前瞻性方面均实现了显著提升，充分反映了当前电缆行业技术发展的最新水平。6.2未来发展趋势展望未来，IEC60287-1-1标准将继续面临以下发展需求：（1）高压直流电缆载流量计算体系的完善随着柔性直流输电技术的快速发展和高压直流电缆的大规模应用，现有主要针对交流电缆的标准体系需进一步拓展和细化直流工况下的载流量和损耗计算方法。未来标准修订中，预计将增加更多关于直流电场下空间电荷效应、极性反转暂态过程及纹波叠加等特殊问题的考量。（2）超导电缆计算方法的纳入高温超导电缆已逐步从实验室走向工程示范应用，其载流量计算涉及交流损耗、热稳定性分析等与传统电缆截然不同的物理机制。将超导电缆的计算方法纳入标准体系，将是标准未来发展的潜在方向。（3）数值计算方法与传统解析方法的融合随着计算机技术和数值仿真方法的快速发展，有限元法等数值计算方法在复杂工况载流